Реакционните уравнения за съотношението на металите:

а) към прости вещества: кислород, водород, халогени, сяра, азот, въглерод;
б) към сложни вещества: вода, киселини, основи, соли.

Металите включват s-елементи от групи I и II, всички s-елементи, p-елементи от група III (с изключение на бор), както и калай и олово (група IV), бисмут (група V) и полоний (група VI). Повечето метали имат 1-3 електрона на външно енергийно ниво. В атомите на d-елемента, вътре в периодите отляво надясно, d-поднивата на пред-външния слой са запълнени.
Химичните свойства на металите се дължат на характерната структура на външните им електронни обвивки.

В рамките на периода, с увеличаване на ядрения заряд, радиусите на атомите със същия брой електронни обвивки намаляват. Атомите на алкалните метали имат най-големи радиуси. Колкото по-малък е радиусът на атома, толкова по-голяма е йонизационната енергия и колкото по-голям е радиусът на атома, толкова по-ниска е йонизационната енергия. Тъй като металните атоми имат най-големи радиуси на атоми, те се характеризират главно с ниски стойности на йонизационна енергия и електронен афинитет. Свободните метали проявяват изключително редуциращи свойства.

3) Металите образуват оксиди, например:

Само алкалните и алкалоземните метали реагират с водород, образувайки хидриди:

Металите реагират с халогени, образувайки халогениди, със сяра - сулфиди, с азот - нитриди, с въглерод - карбиди.

С увеличаване на алгебричната стойност на стандартния електроден потенциал на метала E 0 в поредицата от напрежения, способността на метала да реагира с вода намалява. Така че желязото реагира с вода само при много високи температури:

Метали с положителна стойност на стандартния електроден потенциал, тоест, стоящи след водород в поредицата от напрежения, не реагират с вода.

Характерни са реакциите на метали с киселини. Металите с отрицателна стойност E 0 изместват водорода от разтвори на HCl, H 2 S0 4, H 3 P0 4 и др.

Метал с по-ниска стойност на E 0 измества метал с голяма стойност на E 0 от солеви разтвори:

Най-важните калциеви съединения, получени в промишлеността, техните химични свойства и методи на производство.

Калциевият оксид CaO се нарича негасена вар. Получава се чрез изгаряне на варовик CaCO 3 -> CaO + CO, при температура 2000 ° C. Калциевият оксид има свойствата на основен оксид:

а) реагира с вода с отделяне на голямо количество топлина:

CaO + H 2 0 = Ca (OH) 2 (гасена вар).

б) реагира с киселини, образувайки сол и вода:

CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O

CaO + 2H + = Ca 2+ + H 2 O

в) реагира с киселинни оксиди, за да образува сол:

CaO + C0 2 = CaCO 3

Калциевият хидроксид Ca (OH) 2 се използва под формата на гасена вар, варно мляко и варова вода.

Варовото мляко е каша, образувана чрез смесване на излишната хидратирана вар с вода.

Варовата вода е бистър разтвор, получен чрез филтриране на варно мляко. Използва се в лабораторията за откриване на въглероден оксид (IV).

Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O

При продължително предаване на въглероден оксид (IV) разтворът става прозрачен, тъй като се образува киселинна сол, разтворима във вода:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca (HCO 3) 2

Ако полученият прозрачен разтвор на калциев бикарбонат се нагрее, тогава отново се появява мътност, тъй като се утаява утайка от CaCO 3:

Московски държавен индустриален университет

Факултет по приложна математика и техническа физика

Катедра по химия

Лабораторна работа

Химични свойства на металите

Москва 2012г

Обективен.Изучаване на имоти с-, стр-, д-елементи-метали (Mg, Al, Fe, Zn) и техните съединения.

1. Теоретична част

Всички метали са редуциращи агенти по своите химични свойства, т.е. те даряват електрони по време на химическа реакция. Металните атоми относително лесно даряват валентни електрони и се трансформират в положително заредени йони.

1.1. Взаимодействие на метали с прости вещества

Когато металите взаимодействат с прости вещества, неметалите обикновено действат като окислители. Металите реагират с неметали, за да образуват бинарни съединения.

1. При взаимодействие с кислородметалите образуват оксиди:

2Mg + O 2 2MgO,

2Cu + O 2 2CuO.

2. Металите реагират с халогени(F 2, Cl 2, Br 2, I 2) с образуването на соли на халогеноводородни киселини:

2Na + Br 2 = 2NaBr,

Ba + Cl 2 = BaCl 2,

2Fe + 3Cl 2 2FeCl 3.

3. Когато металите взаимодействат с сивообразуват се сулфиди (соли на сероводородната киселина H 2 S):

4.В водородактивните метали взаимодействат с образуването на метални хидриди, които са солеподобни вещества:

2Na + H2 2NaH,

Ca + H 2 CaH 2.

В металните хидриди водородът има степен на окисление (-1).

Металите могат да взаимодействат с други неметали: азот, фосфор, силиций, въглерод, за да образуват съответно нитриди, фосфиди, силициди, карбиди. Например:

3Mg + N2 Mg 3 N 2,

3Ca + 2P Ca 3 P 2,

2Mg + Si Mg 2 Si,

4Al + 3C Al 4 C 3.

5. Металите също могат да взаимодействат помежду си, за да се образуват интерметални съединения:

2Mg + Cu = Mg 2 Cu,

2Na + Sb = Na 2 Sb.

Интерметални съединения(или интерметални съединения) се наричат съединенията, образувани помежду си от елементи, които обикновено се отнасят до метали.

1.2. Взаимодействие на метали с вода

Взаимодействието на метали с вода е редокс процес, при който металът действа като редуциращ агент, а водата действа като окислител. Реакцията протича по схемата:

Аз + н H2O = Me (OH) н + н/ 2 H 2.

При нормални условия алкалните и алкалоземните метали взаимодействат с вода, за да образуват разтворими основи и водород:

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2,

Ca + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + H 2.

Магнезият реагира с вода при нагряване:

Mg + 2H2O Mg (OH) 2 + H 2.

Желязото и някои други активни метали взаимодействат с гореща водна пара:

3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2.

Металите с положителен електроден потенциал не взаимодействат с вода.

Не взаимодействайте с вода 4 д-елементи (с изключение на Cd), 5 д-елементи и Cu (3 д-елемент).

1.3. Взаимодействие на метали с киселини

По естеството на тяхното действие върху металите най-често срещаните киселини могат да бъдат разделени на две групи.

1. Неокисляващи киселини: хлороводородна (хлороводородна, HCl), бромоводородна (HBr), йодистоводородна (HI), флуороводородна (HF), оцетна (CH 3 COOH), разредена сярна (H 2 SO 4 (разл.)), разредена ортофосфорен (H 3 PO 4 (разделен)).

2. Оксидиращи киселини: азотна (HNO 3) във всякаква концентрация, концентрирана сярна (H 2 SO 4 (конц.)), концентрирана селенова (H 2 SeO 4 (конц.)).

Взаимодействие на метали с неокисляващи киселини... Окислението на метали от водородни йони H + в разтвори на неокисляващи киселини протича по-енергично, отколкото във вода.

Всички метали с отрицателен стандартен електроден потенциал, т.е. тези в електрохимичния диапазон на напреженията до водород изместват водорода от неокисляващи киселини. Реакцията протича по схемата:

Аз + нН + = Аз н + + н/ 2 H 2.

Например:

2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2,

Mg + 2CH 3 COOH = Mg (CH 3 COO) 2 + H 2,

2Ti + 6HCl = 2TiCl 3 + 3H 2.

Металите с променлива степен на окисление (Fe, Co, Ni и др.) образуват йони в най-ниската си степен на окисление (Fe 2+, Co 2+, Ni 2+ и други):

Fe + H 2 SO 4 (разреден) = FeSO 4 + H 2.

Когато някои метали взаимодействат с неокисляващи киселини: HCl, HF, H 2 SO 4 (разреден), HCN, се образуват неразтворими продукти, които предпазват метала от по-нататъшно окисление. По този начин повърхността на оловото в HCl (разреден) и H 2 SO 4 (разреден) се пасивира от слабо разтворими соли PbCl 2 и PbSO 4, съответно.

Взаимодействие на метали с окислителни киселини... Сярната киселина в разреден разтвор е слаб окислител, а в концентриран разтвор е много силен. Окислителната способност на концентрираната сярна киселина H 2 SO 4 (конц.) се определя от аниона SO 4 2 , чийто окислителен потенциал е много по-висок от този на H + йона. Концентрираната сярна киселина е силен окислител поради серните атоми в степен на окисление (+6). Освен това, концентриран разтвор на H 2 SO 4 съдържа малко H + йони, тъй като в концентриран разтвор той е слабо йонизиран. Следователно, когато металите взаимодействат с H 2 SO 4 (конц.), водородът не се отделя.

Реагирайки с метали като окислител, H 2 SO 4 (конц.) Най-често се трансформира в серен оксид (IV) (SO 2), а при взаимодействие със силни редуциращи агенти - в S или H 2 S:

Me + H 2 SO 4 (конц.)  Me 2 (SO 4) n + H 2 O + SO 2 (S, H 2 S).

За удобство на запаметяването, помислете за електрохимичната серия от напрежения, която изглежда така:

Li, Rb, K, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Be, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Таблица 1.представя продуктите на редукцията на концентрирана сярна киселина при взаимодействие с метали с различни дейности.

Маса 1.

Продукти на взаимодействие на метали с концентрирани

сярна киселина

Cu + 2H 2 SO 4 (конц.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O,

4Mg + 5H2SO4 (конц.) = 4MgSO4 + H2S + 4H2O.

За метали със средна активност (Mn, Cr, Zn, Fe) съотношението на редукционните продукти зависи от концентрацията на киселината.

Общата тенденция е следната: толкова по-висока е концентрацията H2SO4, толкова по-дълбоко е възстановяването.

Това означава, че формално всеки серен атом от H2SO4 молекулите могат да отнемат от метала не само два електрона (и да влязат в ), но също и шест електрона (и отиват към) и дори осем (и отиват в ):

Zn + 2H 2 SO 4 (конц.) = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O,

3Zn + 4H 2 SO 4 (конц.) = 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O,

4Zn + 5H 2 SO 4 (конц.) = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

Оловото реагира с концентрирана сярна киселина, за да образува разтворим оловен (II) хидрогенсулфат, серен (IV) оксид и вода:

Pb + 3H 2 SO 4 = Pb (HSO 4) 2 + SO 2 + 2H 2O.

Студеният H 2 SO 4 (конц) пасивира някои метали (например желязо, хром, алуминий), което прави възможно транспортирането на киселина в стоманени контейнери. При силно нагряване концентрираната сярна киселина също взаимодейства с тези метали:

2Fe + 6H 2 SO 4 (конц.) Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H2O.

Взаимодействие на метали с азотна киселина.Окислителната способност на азотната киселина се определя от аниона NO 3 , чийто окислителен потенциал е много по-висок от този на H + йоните. Следователно, когато металите взаимодействат с HNO 3, не се отделя водород. Нитратният йон NO 3 , който съдържа азот в степен на окисление (+ 5), в зависимост от условията (концентрация на киселината, естество на редуктора, температура), може да получи от един до осем електрона. Редукцията на NO 3  аниона може да протича с образуването на различни вещества по следните схеми:

NO 3  + 2H + + e = NO 2 + H 2 O,

NO 3  + 4H + + 3e = NO + 2H 2 O,

2NO 3  + 10H + + 8e = N 2 O + 5H 2 O,

2NO 3  + 12H + + 10e = N 2 + 6H 2 O,

NO 3  + 10H + + 8e = NH 4 + + 3H 2 O.

Азотната киселина се окислява при всякаква концентрация. При равни други условия се появяват следните тенденции: толкова по-активен е металът, реагиращ с киселината, и толкова по-ниска е концентрацията на разтвора на азотна киселина,толкова по-дълбоко се възстановява.

Това може да се илюстрира със следната диаграма:

, ,
,
,

Концентрация на киселина

Дейност с метали

Окисляването на вещества с азотна киселина се придружава от образуването на смес от продукти на нейната редукция (NO 2, NO, N 2 O, N 2, NH 4 +), чийто състав се определя от естеството на редуктора , температура и концентрация на киселината. Продуктите са доминирани от оксиди NO 2 и NO. Освен това при взаимодействие с концентриран разтвор на HNO 3 по-често се отделя NO 2, а с разреден разтвор NO.

Уравненията на редокс реакциите с участието на HNO 3 се съставят условно, с включване само на един редукционен продукт, който се образува в големи количества:

Me + HNO 3  Me (NO 3) n + H 2 O + NO 2 (NO, N 2 O, N 2, NH 4 +).

Например, в газова смес, образувана от действието на цинк върху достатъчно активен метал (
= - 0,76 B) концентрирана (68%) азотна киселина, преобладаваща - NO 2, 40% - NO; 20% - N2O; 6% - N 2. Много разредена (0,5%) азотна киселина се редуцира до амониеви йони:

Zn + 4HNO 3 (конц.) = Zn (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O,

3Zn + 8HNO 3 (40%) = 3Zn (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O,

4Zn + 10HNO 3 (20%) = 4Zn (NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O,

5Zn + 12HNO 3 (6%) = 5Zn (NO 3) 2 + N 2 + 6H 2 O,

4Zn + 10HNO 3 (0,5%) = 4Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O.

С нискоактивна метална мед (
= + 0,34B) реакциите протичат по следните схеми:

Cu + 4HNO 3 (конц) = Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O,

3Cu + 8HNO 3 (разреден) = 3 Cu (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

Почти всички метали се разтварят в концентрирана HNO 3, с изключение на Au, Ir, Pt, Rh, Ta, W, Zr. А такива метали като Al, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th, U, както и неръждаеми стомани са киселинно пасивирани, за да образуват стабилни оксидни филми, които прилепват плътно към металната повърхност и я предпазват от по-нататъшно окисление. Въпреки това, Al и Fe започват да се разтварят при нагряване, а Cr е устойчив на действието дори на горещ HNO 3:

Fe + 6HNO 3 Fe (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

Металите, характеризиращи се с високи степени на окисление (+6, +7, +8), образуват кислород-съдържащи киселини с концентрирана азотна киселина. В този случай HNO 3 се редуцира до NO, например:

3Re + 7HNO 3 (конц) = 3HReO 4 + 7NO + 2H 2 O.

В много разредена HNO 3 няма молекули HNO 3, съществуват само йони H + и NO 3 . Следователно, много разредена киселина (~ 3-5%) взаимодейства с Al и не прехвърля Cu и други нискоактивни метали в разтвор:

8Al + 30HNO 3 (много разреден) = 8Al (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O.

Смес от концентрирана азотна и солна киселина (1: 3) се нарича царска вода. Разтваря Au и платинените метали (Pd, Pt, Os, Ru). Например:

Au + HNO 3 (конц.) + 4HCl = H + NO + 2H 2 O.

Тези метали се разтварят в HNO 3 и в присъствието на други комплексообразуващи агенти, но процесът е много бавен.

Металите заемат долния ляв ъгъл на периодичната таблица. Металите принадлежат към семействата s-елементи, d-елементи, f-елементи и отчасти p-елементи.

Най-типичното свойство на металите е способността им да даряват електрони и да се трансформират в положително заредени йони. Освен това металите могат да покажат само положителна степен на окисление.

Аз - ne = Me n +

1. Взаимодействие на метали с неметали.

а ) Взаимодействие на метали с водород.

Алкалните и алкалоземните метали реагират директно с водорода, за да образуват хидриди.

например:

Ca + H 2 = CaH 2

Образуват се нестехиометрични съединения с йонна кристална структура.

б) Взаимодействие на метали с кислород.

Всички метали с изключение на Au, Ag, Pt се окисляват от атмосферния кислород.

пример:

2Na + O 2 = Na 2 O 2 (пероксид)

4K + O 2 = 2K 2 O

2Mg + O 2 = 2MgO

2Cu + O 2 = 2CuO

в) Взаимодействие на метали с халогени.

Всички метали реагират с халогени, за да образуват халогениди.

пример:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Това са основно йонни съединения: MeHal n

г) Взаимодействие на метали с азот.

Алкалните и алкалоземните метали взаимодействат с азота.

Пример:

3Ca + N 2 = Ca 3 N 2

Mg + N 2 = Mg 3 N 2 - нитрид.

д) Взаимодействие на метали с въглерод.

Съединения на метали и въглерод - карбиди. Те се образуват при взаимодействието на стопилки с въглерод. Активните метали образуват стехиометрични съединения с въглерод:

4Al + 3C = Al 4 C 3

Металите - d-елементите образуват съединения с нестехиометричен състав като твърди разтвори: WC, ZnC, TiC - се използват за получаване на свръхтвърди стомани.

2. Взаимодействие на метали с вода.

Металите реагират с вода, които имат по-отрицателен потенциал от редокс потенциала на водата.

Активните метали реагират по-активно с вода, разлагайки водата с отделяне на водород.

Na + 2H 2 O = H 2 + 2NaOH

По-малко активните метали бавно разлагат водата и процесът се инхибира поради образуването на неразтворими вещества.

3. Взаимодействие на метали със солеви разтвори.

Такава реакция е възможна, ако реагиращият метал е по-активен от този в солта:

Zn + CuSO 4 = Cu 0 ↓ + ZnSO 4

0,76 B., = + 0,34 B.

Метал с по-отрицателен или по-малко положителен стандартен електроден потенциал измества друг метал от неговия солев разтвор.

4. Взаимодействие на метали с алкални разтвори.

Металите, които дават амфотерни хидроксиди или имат високи степени на окисление в присъствието на силни окислители, могат да взаимодействат с алкали. Когато металите взаимодействат с алкални разтвори, водата е окислителят.

Пример:

Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2

1 Zn 0 + 4OH - - 2e = 2- окисление

Zn 0 - редуциращ агент

1 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH - редукция

H 2 O - окислител

Zn + 4OH - + 2H 2 O = 2- + 2OH - + H 2

Металите с високи степени на окисление могат да взаимодействат с алкали по време на синтез:

4Nb + 5O 2 + 12KOH = 4K 3 NbO 4 + 6H 2 O

5. Взаимодействие на метали с киселини.

Това са сложни реакции, продуктите на взаимодействието зависят от активността на метала, от вида и концентрацията на киселината и от температурата.

Според тяхната активност металите условно се делят на активни, средноактивни и нискоактивни.

Киселините са условно разделени на 2 групи:

Група I - киселини с ниска окислителна способност: HCl, HI, HBr, H 2 SO 4 (разреден), H 3 PO 4, H 2 S, окислителят тук е H +. При взаимодействие с метали се отделя кислород (H 2). Метали с отрицателен електроден потенциал реагират с киселини от първата група.

Група II - киселини с висока окислителна способност: H 2 SO 4 (конц.), HNO 3 (разреден), HNO 3 (конц.). В тези киселини киселинните аниони са окислители:. Продуктите за редукция на аниони могат да бъдат много разнообразни и зависят от активността на метала.

H 2 S - с активни метали

H 2 SO 4 + 6е S 0 ↓ - с метали със средна активност

SO 2 - с нискоактивни метали

NH 3 (NH 4 NO 3) - с активни метали

HNO 3 + 4,5e N 2 O, N 2 - с метали със средна активност

НЕ - с ниско активни метали

HNO 3 (конц.) - NO 2 - с метали с всякаква активност.

Ако металите имат променлива валентност, то с киселини от I група металите придобиват най-ниско положително окислително състояние: Fe → Fe 2+, Cr → Cr 2+. При взаимодействие с киселини от група II степента на окисление е +3: Fe → Fe 3+, Cr → Cr 3+, докато водородът никога не се отделя.

Някои метали (Fe, Cr, Al, Ti, Ni и др.) в разтвори на силни киселини, като се окисляват, се покриват с плътен оксиден филм, който предпазва метала от по-нататъшно разтваряне (пасивация), но при нагряване оксидът филмът се разтваря и реакцията продължава.

Слабо разтворимите метали с положителен електроден потенциал могат да се разтварят в киселини от група I в присъствието на силни окислители.

Металите означават група елементи, която е представена под формата на най-простите вещества. Те имат характерни свойства, а именно висока електрическа и топлопроводимост, положителен температурен коефициент на съпротивление, висока пластичност и метален блясък.

Имайте предвид, че от 118-те химически елемента, които са открити досега, металите трябва да включват:

сред групата на алкалоземните метали има 6 елемента;
сред алкалните метали има 6 елемента;
сред преходни метали 38;
в групата на леките метали 11;
има 7 елемента сред полуметали,
14 сред лантанидите и лантана,
14 в групата на актинидите и анемоните,
Берилият и магнезият са извън определението.

Въз основа на това 96 елемента принадлежат към метали. Нека да разгледаме по-подробно с какво реагират металите. Тъй като повечето метали имат малък брой електрони от 1 до 3 на външно електронно ниво, в повечето си реакции те могат да действат като редуциращи агенти (тоест даряват електроните си на други елементи).

Реакции с най-простите елементи

С изключение на златото и платината, абсолютно всички метали реагират с кислород. Имайте предвид също, че реакцията при високи температури протича със сребро, но сребърният (II) оксид не се образува при нормални температури. В зависимост от свойствата на метала, в резултат на реакцията с кислорода се образуват оксиди, супероксиди и пероксиди.

Ето примери за всяко от химическото образование:

литиев оксид - 4Li + O 2 = 2Li 2 O;
калиев супероксид - K + O 2 = KO 2;
натриев пероксид - 2Na + O 2 = Na 2 O 2.

За да се получи оксид от пероксид, той трябва да се редуцира със същия метал. Например Na 2 O 2 + 2Na = 2Na 2 O. При нискоактивни и средни метали подобна реакция ще възникне само при нагряване, например: 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4.

Металите могат да реагират с азот само с активни метали, но само литият може да взаимодейства при стайна температура, образувайки нитриди - 6Li + N 2 = 2Li 3 N, но при нагряване възниква такава химическа реакция 2Al + N 2 = 2AlN, 3Ca + N 2 = Ca 3 N 2.
Абсолютно всички метали реагират със сяра, както и с кислород, с изключение на златото и платината. Имайте предвид, че желязото може да взаимодейства само когато се нагрява със сяра, като по този начин образува сулфид: Fe + S = FeS
Само активните метали могат да реагират с водород. Те включват метали от групи IA и IIA, с изключение на берилия. Такива реакции могат да протичат само при нагряване, образувайки хидриди.
Тъй като степента на окисление на водорода се счита за ?1, металите в този случай действат като редуциращи агенти: 2Na + H 2 = 2NaH.
Най-активните метали също реагират с въглерода. В резултат на тази реакция се образуват ацетилениди или метаниди.

Помислете кои метали взаимодействат с вода и какво дават в резултат на тази реакция? Ацетилените, когато взаимодействат с вода, ще дадат ацетилен, а метанът ще се получи в резултат на реакцията на водата с метаниди. Ето някои примери за тези реакции:

Ацетилен - 2Na + 2C = Na 2 C 2;
Метан - Na2C2 + 2H2O = 2NaOH + C2H2.

Взаимодействие на киселини с метали

Металите също могат да реагират с киселини по различни начини. Само тези метали реагират с всички киселини, които са в реда на електрохимичната активност на металите към водорода.

Ето пример за реакция на заместване, която показва с какво реагират металите. По друг начин такава реакция се нарича редокс: Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2 ^.

Някои киселини могат също да взаимодействат с метали след водород: Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 ^ + 2H 2 O.

Имайте предвид, че такава разредена киселина може да реагира с метал съгласно горната класическа схема: Mg + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 ^.

Ако в периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев се начертае диагонал от берилий до астат, тогава вляво под диагонала ще има метални елементи (те включват и елементи от вторични подгрупи, подчертани в синьо), а в горния десен ъгъл - неметални елементи (маркирани в жълто). Елементите, разположени близо до диагонала - полуметали или металоиди (B, Si, Ge, Sb и др.), имат двоен характер (маркирани в розово).

Както можете да видите от фигурата, по-голямата част от елементите са метали.

По своята химическа природа металите са химични елементи, чиито атоми даряват електрони от външно или предварително външно енергийно ниво, като по този начин образуват положително заредени йони.

Почти всички метали имат относително големи радиуси и малък брой електрони (от 1 до 3) на външно енергийно ниво. Металите се характеризират с ниски стойности на електроотрицателност и редуциращи свойства.

Най-типичните метали се намират в началото на периодите (започвайки от втория), по-нататък отляво надясно, металните свойства отслабват. В групата отгоре надолу се засилват металните свойства, тъй като радиусът на атомите се увеличава (поради увеличаване на броя на енергийните нива). Това води до намаляване на електроотрицателността (способността за привличане на електрони) на елементите и увеличаване на редукционните свойства (способността да се даряват електрони на други атоми при химични реакции).

Типичнометалите са s-елементи (елементи от IA-групата от Li до Fr. елементи от PA-групата от Mg до Ra). Общата електронна формула на техните атоми е ns 1-2. Те се характеризират със степените на окисление + I и + II, съответно.

Малък брой електрони (1-2) на външното енергийно ниво на типичните метални атоми предполага лека загуба на тези електрони и проява на силни редукционни свойства, които отразяват ниски стойности на електроотрицателност. Следователно химичните свойства и методите за получаване на типични метали са ограничени.

Характерна особеност на типичните метали е тенденцията на техните атоми да образуват катиони и йонни химични връзки с неметални атоми. Съединенията на типичните метали с неметали са йонни кристали "метален катион анион на неметала", например K + Br -, Ca 2+ O 2-. Катиони на типичните метали също се включват в съединения със сложни аниони - хидроксиди и соли, например Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.

Металите от А-групи, образуващи диагонал на амфотерност в периодичната таблица Be-Al-Ge-Sb-Po, както и съседните метали (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) не проявяват типично метални свойства. Общата електронна формула на техните атоми ns 2 np 0-4 предполага по-голямо разнообразие от състояния на окисление, по-голяма способност да задържат собствените си електрони, постепенно намаляване на тяхната редуктивна способност и появата на окислителна способност, особено при високи окислителни състояния (типични примери са съединения Tl III, Pb IV, Bi v) . Подобно химично поведение е типично за повечето (d-елементи, т.е. елементи от B-групите на периодичната таблица (типични примери са амфотерни елементи Cr и Zn).

Това проявление на двойствеността (амфотерността) на свойствата, както метални (основни), така и неметални, се дължи на естеството на химичната връзка. В твърдо състояние съединенията на атипични метали с неметали съдържат предимно ковалентни връзки (но по-малко силни от връзките между неметали). В разтвор тези връзки лесно се разрушават и съединенията се дисоциират на йони (изцяло или частично). Например металният галий се състои от молекули Ga 2, в твърдо състояние алуминий и живачен (II) хлориди AlCl 3 и HgCl 2 съдържат силно ковалентни връзки, но в разтвор на AlCl 3 той се дисоциира почти напълно, а HgCl 2 - до много малка степен (и след това върху йони НgСl + и Сl -).

Общи физични свойства на металите

Поради наличието на свободни електрони ("електронен газ") в кристалната решетка, всички метали проявяват следните характерни общи свойства:

1) Пластмасов- способността лесно да променя формата си, да се изтегля в тел, да се навива на тънки листове.

2) Метален блясъки непрозрачност. Това се дължи на взаимодействието на свободни електрони със светлина, падаща върху метала.

3) Електропроводимост... Обяснява се с насоченото движение на свободните електрони от отрицателния към положителния полюс под въздействието на малка потенциална разлика. При нагряване електрическата проводимост намалява, т.к с повишаване на температурата се засилват вибрациите на атомите и йоните във възлите на кристалната решетка, което усложнява насоченото движение на "електронния газ".

4) Топлопроводимост.Причинява се от високата подвижност на свободните електрони, поради което има бързо изравняване на температурата спрямо масата на метала. Бисмутът и живакът имат най-висока топлопроводимост.

5) Твърдост.Най-твърдият е хромът (реже стъкло); най-меките - алкалните метали - калий, натрий, рубидий и цезий - се режат с нож.

6) Плътност.Колкото по-малка е атомната маса на метала и по-голям радиусът на атома, толкова по-малък е той. Най-лекият е литиевият (ρ = 0,53 g / cm3); най-тежкият е осмият (ρ = 22,6 g / cm3). Металите с плътност по-малка от 5 g / cm3 се считат за "леки метали".

7) Точки на топене и кипене.Най-нискотопимият метал е живакът (точка на топене = -39 ° C), най-огнеупорният метал е волфрамът (точка на топене = 3390 ° C). Метали с t° pl. над 1000 ° C се считат за огнеупорни, под - ниско топими.

Общи химични свойства на металите

Силни редуциращи агенти: Me 0 - nē → Me n +

Редица напрежения характеризират сравнителната активност на металите в редокс реакции във водни разтвори.

I. Реакции на метали с неметали

1) С кислород:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Със сиво:
Hg + S → HgS

3) С халогени:
Ni + Cl 2 - t ° → NiCl 2

4) С азот:
3Ca + N 2 - t ° → Ca 3 N 2

5) С фосфор:
3Ca + 2P - t ° → Ca 3 P 2

6) С водород (само алкални и алкалоземни метали реагират):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Реакции на метали с киселини

1) Металите в електрохимичната серия от напрежения до H редуцират неокисляващите киселини до водород:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) С окислителни киселини:

С взаимодействието на азотна киселина с всякаква концентрация и концентрирана сярна с метали водородът никога не се отделя!

Zn + 2H 2 SO 4 (К) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4 (К) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4 (К) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (c) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Взаимодействие на метали с вода

1) Активни (алкални и алкалоземни метали) образуват разтворима основа (алкал) и водород:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

2) Металите със средна активност се окисляват от вода при нагряване до оксид:

Zn + H 2 O - t ° → ZnO + H 2

3) Неактивни (Au, Ag, Pt) - не реагират.

IV. Изместване на по-малко активни метали от разтвори на техните соли с по-активни метали:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe + CuSO 4 → Cu + FeSO 4

В промишлеността често се използват не чисти метали, а техните смеси - сплави, при което полезните свойства на един метал се допълват от полезните свойства на друг. Така медта има ниска твърдост и е малко полезна за производството на машинни части, докато медно-цинковите сплави ( месинг) вече са доста здрави и намират широко приложение в машиностроенето. Алуминият има висока пластичност и достатъчна лекота (ниска плътност), но твърде мек. На негова основа се приготвя сплав с магнезий, мед и манган - дуралуминий (дуралуминий), който, без да губи полезните свойства на алуминия, придобива висока твърдост и става подходящ в самолетостроенето. Сплавите на желязо с въглерод (и добавки на други метали) са широко известни излято желязои стомана.

Свободните метали са редуциращи агенти.Въпреки това, реактивността на някои метали е ниска поради факта, че са с покритие повърхностен оксиден филм, в различна степен, устойчиви на действието на химикали като вода, разтвори на киселини и основи.

Например, оловото винаги е покрито с оксиден филм; за преминаването му в разтвор е необходимо не само действието на реагент (например разредена азотна киселина), но и нагряване. Оксидният филм върху алуминия не му позволява да реагира с вода, но се разрушава от киселини и основи. Разхлабен оксиден филм (ръжда), образуван на повърхността на желязо във влажен въздух, не пречи на по-нататъшното окисление на желязото.

Под влиянието концентриранобразуват се киселини върху металите стабиленоксиден филм. Това явление се нарича пасивиране... И така, в концентриран сярна киселинаметали като Be, Bi, Co, Fe, Mg и Nb се пасивират (и след това не реагират с киселина), а металите A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb в концентрирана азотна киселина, Th и U.

При взаимодействие с окислители в киселинни разтвори повечето метали се превръщат в катиони, чийто заряд се определя от стабилното окислително състояние на даден елемент в съединения (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ и Fe 3 +)

Редуциращата активност на металите в кисел разтвор се предава чрез поредица от напрежения. Повечето от металите се превръщат в разтвор със солна и разредена сярна киселина, но Cu, Ag и Hg - само сярна (концентрирана) и азотна киселини, а Pt и Au - "царска вода".

Корозия на метали

Нежелано химично свойство на металите е тяхното активно разрушаване (окисляване) при контакт с вода и под въздействието на разтворения в нея кислород. (кислородна корозия).Например, корозията на железни продукти във вода е широко известна, в резултат на което се образува ръжда и продуктите се раздробяват на прах.

Корозията на металите възниква и във водата поради наличието на разтворени газове CO 2 и SO 2; създава се киселинна среда и H + катиони се изместват от активни метали под формата на водород H 2 ( водородна корозия).

Мястото на контакт на два различни метала ( контактна корозия).Галванична двойка възниква между един метал, като Fe и друг метал, като Sn или Cu, поставен във вода. Потокът от електрони преминава от по-активния метал, който е вляво в поредицата от напрежения (Fe), към по-малко активния метал (Sn, Cu), а по-активният метал се разрушава (корозира).

Именно поради това консервираната повърхност на консервите (желязо с калайдисано покритие) ръждясва, когато се съхраняват във влажна атмосфера и небрежно боравене с тях (желязото бързо се срутва след появата на поне малка драскотина, която позволява на желязото да влезе в контакт с влага ). Напротив, поцинкованата повърхност на желязната кофа не ръждясва дълго време, защото дори и при наличие на драскотини, не желязото корозира, а цинкът (по-активен метал от желязото).

Устойчивостта на корозия за даден метал се повишава, когато е покрит с по-активен метал или когато те са стопени; по този начин, покриването на желязо с хром или направата на сплав желязо-хром елиминира корозията на желязото. Хромирано желязо и стомана, съдържащи хром ( неръждаема стомана), имат висока устойчивост на корозия.

електрометалургият.е. получаване на метали чрез електролиза на стопилки (за най-активните метали) или солни разтвори;

пирометалургият.е. извличане на метали от руди при високи температури (например производство на желязо в доменна пещ);

хидрометалургият.е. отделяне на метали от разтвори на техните соли с по-активни метали (например получаване на мед от разтвор на CuSO 4 чрез действието на цинк, желязо или алуминий).

Самородни метали понякога се срещат в природата (типични примери са Ag, Au, Pt, Hg), но по-често металите са под формата на съединения ( метални руди). По отношение на разпространението в земната кора металите са различни: от най-разпространените - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) до най-редките - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.